案例教學法在《生物信息學》本科教學中的應用

劉念

摘 要： 生物信息學是一門交叉學科，滲透融入生物學研究各個領域。掌握生物信息學相關技術及分析能力已成為許多高校生物專業本科生的必須要求。由于該學科綜合性及學科本身迅猛發展，生物信息學本科教學仍然處于探索階段。本文根據生物信息學學科特點，提倡在該課程教學過程中使用案例教學法，并在實踐教學中進行一定嘗試。

關鍵詞： 生物信息學 案例教學法 實踐教學

1.生物信息學學科特點

生物信息學是當今生命科學的重大前沿領域之一，是一門交叉學科，包含生命過程中各種信息的獲取、加工、存儲、分配、分析、解釋等在內的所有方面，綜合運用數學、計算機科學和生物學等方法與技術，闡明和理解大量數據包含的生物學意義[1]。隨著20世紀80年代人類基因組計劃的實施，生物信息學蓬勃發展，并滲透到生物學研究的各個領域。掌握生物信息學相關技術及分析能力已成為生物專業本科畢業生的必要要求[2]。因此，做好生物信息學教學工作對提高生物信息學研究水平具有重要的理論和實踐意義[3]。然而由于學科的綜合性和學科本身的迅猛發展，生物信息學課程教學仍然處于探索階段，目前還沒有成熟的生物信息學教學模式，各高校尚處于摸索探討階段。

2.案例教學法概述

案例教學法（Case-Based Learning），指在教師的指導下，根據教學目的，通過呈現案例材料，組織學生以團體和小組討論、角色扮演等方式對案例進行調查、閱讀、思考、分析、討論和交流等活動；經過分析討論，將課本中的理論與案例材料結合起來，并利用理論分析說明復雜的案例內容。案例教學法引導學生學習新的知識，加深對理論的認識，訓練學生運用所學知識分析和解決實際生物學問題[4]。

不同于傳統教學模式注重“知識的傳授”，案例教學法更注重“能力培養”。案例教學法不直接給學生提供解決案例問題的標準答案或者具體方法，而通過教師引導學生積極討論得出問題的解決方法，側重于理論應用，是一種“以學習者為中心的學習方法”。

案例教學可劃分為講解定義型、綜合分析型和操作技能型三種類型。（1）講解定義型，引入案例，對基本概念和原理進行講解；（2）綜合分析型，提出問題，學生通過討論給出解決案例問題的方案或者對已有方案進行評價；（3）操作技能型，引入案例，使學生掌握相關理論課程的基本應用技能。案例教學還可以綜合其他教學方法，如以問題為基礎的教學法共同改善課堂教學效果[5]。

案例教學法基本環節包括：教師根據學科特點提出案例；引導學生辯論交流、提出解決方案；完成與解決案例；教師評價與總結[4]，[6]，[7]。案例教學過程中，首先教師把握整體教學進度，選用與本專業課程有關的案例，案例選擇要具體、易于學習和理解，能夠引起學生的興趣，調動學生學習主動性；其次，將案例分解，從子案例中提出問題，啟發學生思考，鼓勵學生對案例進行分析、討論甚至辯論，提出解決方法，逐步完成案例；最后，引導學生完成和解決案例，分析點評整個案例教學過程及結果[4]。

3.案例教學法應用于生物信息學本科教學的意義

生物信息學課堂講授以介紹生物信息學的相關算法、原理、方法為主，這也是教學的重點和難點。傳統“知識傳授”型講課方式容易讓學生覺得枯燥乏味、晦澀難懂，產生畏懼心理[8]。運用案例教學法，能夠幫助學生更深入理解算法的思想，真正掌握解決問題的思路，培養科學的思維能力。

另外，生物信息學是一門實用性較強的學科，大學本科階段開設生物信息學課程主要目的不是開發新的數據庫和發展新的生物數據分析方法，而是如何利用現有數據庫資源查找特定數據，并根據科研實踐需要分析整合數據資源，為后續科研奠定基礎，具有極強的實踐意義。要達到實踐目的，除了讓學生掌握生物信息學的基本理論和方法、數據庫和軟件的原理外，更重要的是讓學生親身實踐，在實踐中對所學理論進行驗證、對數據和軟件的使用加以熟悉[9]。但生物信息學涉及專業領域內容廣泛，學生不可能做到完全親身實踐，因此，案例教學法能替代親身實踐，吸取前人經驗，是理論聯系實踐的一個便捷通道，是培養學生解決實際問題能力的好方法[7]。

4.案例教學法在生物信息學本科教學中的應用

4.1 案例選擇

筆者針對生物信息學本科的教學大綱和知識體系，以及多年從事昆蟲線粒體基因組分析的科研工作情況，精心選擇了一系列分析案例，其中以鱗翅目灰蝶科線粒體基因組[10]數據分析為例說明。

4.2 教學過程

4.2.1學生分組。根據學生專業、興趣分組，每組6人，統一采用同一案例。

4.2.2案例背景介紹。讓學生了解該論文的目的、操作過程及意義。學生查找相關文獻資料，歸納總結知識背景。

4.2.3案例分解。將整個案例分為若干個子案例：①序列數據來源；②序列比對分析③計算遺傳距離；④分子系統發育重建；⑤蛋白質家族和基序與結構域分析；⑥蛋白質三級結構與結構分類分析。對每一個子案例完成的關鍵步驟提出問題，啟發學生思考，鼓勵學生對案例進行分析、討論甚至辯論，提出解決方法，逐步完成案例。每個子案例的順利完成都需要特定的生物信息知識作為基礎，對應于教學大綱中完整的知識體系。

4.2.4評價考核。引導學生完成案例，教師歸納學生在整個案例教學過程中出現的普遍性問題并進一步講解，對于個別小組在解決案例過程中展現出來的創造性解決方案進行分享學習。采用PPT成果展示、提交每一個子案例生物信息分析結果和解釋報告，考查學生對案例設計的相關生物信息學理論知識和操作技能的掌握情況。

案例教學法作為一種具有啟發性和實踐性的教學方法，有效提高學生利用生物信息學工具獲取相關知識解決生物學問題的學習興趣和能力，增強教學效果。然而實踐過程中還存在一些問題，例如：如何選擇合適的案例既能激發學生的學習興趣又反映生物信息學教學大綱的知識體系內容、如何有效把握課堂討論的節奏和方向及與其他教學方法的融合，在今后教學工作中還需要不斷改進教學方法，優化教學模式，豐富教學案例庫，在實踐中不斷探索案例教學法在生物信息學本科教學中的適用性和有效性。

參考文獻：

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[4]張林，柴惠.CM教學法和PBL教學法的結合應用研究——以醫學生物信息學為平臺[J].中國高等醫學教育，2012（8）：116-117.

[5]武亞軍，孫軼.中國情境下的哈佛案例教學法：多案例比較研究[J].管理案例研究與評論，2010，3（1）：12-25.

[6]吳東，王福成，孫暢等.案例教學法在計算機繪圖課程中的應用[J].山東工業技術，2016（1）：145-146.

[7]胡珊珊，劉興起.案例教學法在水文學教學中的應用[J].首都師范大學學報（自然科學版），2016，37（2）：93-95.

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[9]郭艷芳，李金明.PBL教學法在醫學生物信息學實踐教學中的應用[J].基礎醫學教育，2011，13（11）：1007-1008.

[10]Yang，L.，Wei Z.J.，HongG.Y.，et al.The complete nucleotide sequence of the mitochondrial genome of Phthonandria atrilineata （Lepidoptera： Geometridae）[J].Mol Biol Rep，2009， 36：1441-1449.

基金項目：中央高校基本科研業務費（項目號：GK201503042）